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Decoding Structural Dynamics of Charge Transfer in Avian Cryptochromes by Time-Resolved Crystallography

Descripción del proyecto

La adaptación estructural de las proteínas durante las reacciones de transferencia de carga

Las proteínas tienen una gran importancia en la transferencia de carga: un proceso fundamental para funciones como la fotosíntesis y la reparación del ADN. A pesar de ello, se sabe muy poco sobre cómo las proteínas se adaptan estructuralmente durante estas reacciones de transferencia de carga. En el proyecto CRY TRSX, que cuenta con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, se investigarán los criptocromos (proteínas vinculadas a la magnetorrecepción en las aves) para examinar sus cambios estructurales durante la transferencia de carga. Los investigadores emplearán láseres de electrones libres de rayos X para comparar dos criptocromos: el del petirrojo europeo (ave migratoria) y el de la paloma común (ave no migratoria). Al estudiar sus diferencias, el equipo contribuirá a esclarecer cómo las adaptaciones estructurales estabilizan los estados de transferencia de carga y permiten la detección magnética. La investigación propuesta podría transformar la comprensión de la transferencia de carga y revelar cómo la evolución ha optimizado los criptocromos para sus funciones biológicas únicas.

Objetivo

Charge transfer is crucial in many biological processes, including photosynthesis, respiration, and DNA repair. While the kinetics of charge transfer are well studied, the associated protein structural dynamics that guide these reactions remain largely unexplored. This proposal aims to uncover, for the first time, the protein structural rearrangements that occur during charge transfer events, with a particular focus on avian cryptochromes involved in magnetoreception.
Our primary objective is to reveal the structural response of two cryptochromes during charge transfer events using cutting-edge time-resolved serial crystallography (SX) at X-ray free-electron lasers (XFEL) facilities. We intend to elucidate the structure and dynamics of the radical pair state in non-magnetoactive ClCRY4 from non-migratory pigeon (Columba livia) (Objective 1) and magnetoactive ErCRY4 from night-migratory European robin (Erithacus rubecula) (Objective 2). Through comparative analysis of the two samples, we aim to identify the structural adaptations that correlate with their differing biological responses to magnetic fields.
We hypothesize that highly directed structural rearrangements in proteins occur for stabilizing charge transfer states. This contrast current textbook knowledge. By focusing on radical pair states in cryptochromes, our comparative study between ErCRY4 and ClCRY4 will enable us to determine whether and how structural adaptations are aligned with their biological functions.
This research is poised to make a significant impact in charge transfer theory, and will provide the first structural basis to understand magnetosensing in crpytochromes. We anticipate establishing a new paradigm in which protein structural fluctuations actively drive charge transfer reactions, and may reveal evolutionary optimizations in how cryptchromes have facilitated this for optimization of their sensing functions.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinador

UPPSALA UNIVERSITET
Aportación neta de la UEn
€ 236 340,00
Dirección
VON KRAEMERS ALLE 4
751 05 Uppsala
Suecia
Región
Östra Sverige Östra Mellansverige Uppsala län
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos